普通化学第九章原子结构和元素周期律

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1、第九章原子结构和元素周期律第一节微观粒子的运动特征第二节核外电子运动状态第三节基态原子核外电子排布第四节原子结构与元素周期律2021/7/181原子的构成、原子核的构成是怎样的?物质性质物质结构分子结构原子结构物质是由分子组成，分子是由原子组成，原子是由原子核和核外电子组成，原子核在化学变化中不发生变化，而核外的电子发生变化，因此要想搞清楚物质结构，必须搞清楚原子核外的电子排布。2021/7/1829-1-1氢原子光谱和玻尔理论一、氢原子光谱太阳光、白炽灯光都是连续光谱。发光二极管等发出的光是不连续的光，呈线状

2、，又称线状光谱。第一节微观粒子的运动特征Theelectromagneticspectrum2021/7/183氢原子受激发而发出的光谱是线状光谱，并且是最简单的一种原子光谱氢原子光谱特征:①不连续的,线状的.②有规律第一节微观粒子的运动特征2021/7/1841913年，瑞典物理学家里德堡(J•R•Rydberg)在大量实验的基础上提出了概括谱线波长之间关系的经验公式：=R(–)Rydberg方程11n12n22里德堡方程计算出的氢原子光谱波长与实验结果非常一致，但里德堡不能解释公式所用数值的意义。二、玻尔

3、理论1913年由丹麦物理学家玻尔(M•Bohr)提出玻尔原子结构理论：1、原子中电子只能在一定的轨道上绕核运动，这种以核为圆心的轨道是不连续的，轨道的角动量必须是h/2的整数倍。电子在固定轨道上运动不吸收能量也不辐射能量。2、电子在不同的定态轨道上运动时，原子具有的能量是不同的，能量最低的叫基态，其他皆为激发态。第一节微观粒子的运动特征2021/7/185En=–2.1810–18×(Z2/n2)(J)rn=52.9×(n2/Z)(pm)式中Z为原子序数，n=1,2,3…的正整数。n越大，电子能量越高它离核

4、也就越远。3、电子在轨道之间的运动是跳跃的，也称为跃迁。原子中的电子从高能态跃迁到低能态时，能量就以光子的形式放出，形成不连续光谱。=E/h=(E2–E1)/hh=6.62610–34J•s(Plank常数）玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，并提出了原子能级和主量子数等概念，在精密分光镜下发现每一条谱线均分裂为几条靠得很近的谱线。在磁场内，各谱线还可以分裂为几条谱线－－谱线的精细结构。波尔理论无法解释。第一节微观粒子的运动特征2021/7/186最高能量轨道电子在这些定态轨道上运动时，既不吸收能量又不放出能

5、量。吸收能量，跃迁。放出能量，回到基态。第一节微观粒子的运动特征2021/7/187三电子的波粒二象性1、实物粒子的波粒二象性9.1实物粒子的运动特征1924年，法国年轻的物理学家L.deBroglie(1892—1987)指出，对于光的本质的研究，人们长期以来注重其波动性而忽略其粒子性；与其相反，对于实物粒子的研究中，人们过分重视其粒子性而忽略了其波动性。L.deBroglie从Einstein的质能联系公式E=mc2和光子的能量公式E=h的联立出发，进行推理：l=l==hmcchmchmc22用P表

6、示动量，则P=mc，故有公式2021/7/188式子的左侧动量P是表示粒子性的物理量，而右侧波长是表示波动性的物理量。二者通过公式联系起来。deBroglie认为具有动量P的微观粒子，其物质波的波长为，1927年，deBroglie的预言被电子衍射实验所证实，这种物质波称为deBroglie波。l=hP研究微观粒子的运动时，不能忽略其波动性。微观粒子具有波粒二象性。9.1实物粒子的运动特征2021/7/189感光屏幕薄晶体片衍射环纹电子枪电子束电子衍射实验示意图用电子枪发射高速电子通过薄晶体片射击感光荧屏，

7、得到明暗相间的环纹，类似于光波的衍射环纹。9.1实物粒子的运动特征2021/7/18109-1-3、测不准原理●海森堡的测不准原理（Heisenberg’uncertaintyprinciple）如果我们能设计一个实验准确测定微粒的位置,那就不能准确测定其动量,反之亦然.如果我们精确地知道微粒在哪里,就不能精确地知道它从哪里来,会到哪里去;如果我们精确地知道微粒在怎样运动,就不能精确地知道它此刻在哪里.Δx·Δp≥h/(4π)●具有波粒二象性的电子，已不再遵守经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空

8、间几率分布，即电子的波动性与其微粒行为的统计性规律相联系.因此,实物的微粒波是概率波,性质上不同于光波的一种波.波动力学的轨道概念与电子在核外空间出现机会最多的区域相联系.但是，测不准关系不是限制人们的认识限度，而是限制经典力学的适用范围，说明微观体系的运动有更深刻的规律在起作用，这就是量子力学所反应的规律.即不可能同时测得电子的精确位置和精确动量！第一节微观粒子的运动特征2021/7